JP2884547B2 - Power supply - Google Patents

Power supply

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JP2884547B2 JP15058590A JP15058590A JP2884547B2 JP 2884547 B2 JP2884547 B2 JP 2884547B2 JP 15058590 A JP15058590 A JP 15058590A JP 15058590 A JP15058590 A JP 15058590A JP 2884547 B2 JP2884547 B2 JP 2884547B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、3相交流を単相交流に変換する電源装置に
関するもので、特に交流アーク溶接やスポット溶接装
置、またはロボット積載用のアーク溶接やサブマージの
電源、または照明器具,振動機,電動機や電熱器等の電
源として高効率が得られる単相交流の電源装置に関する
ものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply device for converting a three-phase alternating current into a single-phase alternating current, and more particularly to an AC arc welding or spot welding device, or an arc welding for loading a robot. The present invention relates to a single-phase alternating-current power supply that can obtain high efficiency as a power supply for a submerge or a submerge, or a power supply for a lighting fixture, a vibrator, an electric motor, an electric heater, or the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般にスポット溶接装置の電源、あるいは照明器具,
電動機や電熱器等の電源としては、通常単相交流が使用
される。この単相交流を得るため3相交流を単相交流に
変換する装置としては、スコット配線や3相低周波方
式,インバーター方式等が知られているが、これらの場
合大電流になればなるほど3相不平衡が生じるという問
題があり、また電力効率が悪いという問題があった。
In general, the power supply of the spot welding equipment or lighting equipment,
Normally, a single-phase alternating current is used as a power source for an electric motor or an electric heater. As a device for converting a three-phase alternating current into a single-phase alternating current in order to obtain this single-phase alternating current, a Scott wiring, a three-phase low frequency system, an inverter system, and the like are known. There is a problem that phase imbalance occurs, and there is a problem that power efficiency is poor.

すなわち、上述のスコット配線等は、回路構成が複雑
で電源装置としては装置が大型になり、また3相の中の
1相に2倍の過大電流が流れる等、安定した電流を取り
出し難く、特に電源装置としての信頼性に問題があっ
た。
In other words, the above-mentioned Scott wiring or the like has a complicated circuit configuration and a large power supply device, and it is difficult to take out a stable current, for example, an excessively large current flows twice in one of the three phases. There was a problem with the reliability of the power supply.

また、スポット溶接装置の電源として上述の3相低周
波方式が採用されているが、装置が大型かつ高価で故障
が多いという問題があった。
In addition, the above-described three-phase low-frequency system is used as a power source of the spot welding apparatus, but there is a problem that the apparatus is large, expensive, and has many failures.

また、アーク溶接装置は一般に大電流を必要とするた
め、磁気漏洩方式及びリアクトル方式の2種類の電源方
式が採用されており、前者はトランスとして磁気漏れ変
圧器を用いたもの、後者はトランスの2次側とアーク電
極によって構成される放電回路に直列に可飽和リアクト
ルを挿入したものである。これらはいずれも急峻に高電
圧に立上り、その後電圧が急激に降下する、アーク溶接
時における垂下特性に合致した出力特性を得るようにし
ているが、これらにおいては変圧部での電磁漏洩やリア
クトルによる損失が大きいと言う問題点があった。
In addition, since an arc welding apparatus generally requires a large current, two types of power supply systems, a magnetic leakage system and a reactor system, are adopted.The former uses a magnetic leakage transformer as a transformer, and the latter uses a transformer. This is one in which a saturable reactor is inserted in series into a discharge circuit composed of a secondary side and an arc electrode. All of these steeply rise to a high voltage, and then abruptly drop in voltage, so as to obtain output characteristics that match the drooping characteristics during arc welding. There was a problem that the loss was large.

さらに最近インバーター方式が多く採用され、これは
交流を整流した後、周波数を約数百サイクル〜1200サイ
クルに上げてトランスを小型軽量にし、その2次側を直
流とする方式であるが、これも甚だ高価であり効率も悪
くまた故障も多いものであった。そこで小型軽量で効率
のよい電源装置が要求されていた。
In recent years, an inverter method has been widely used, in which after rectifying AC, the frequency is increased to about several hundred cycles to 1200 cycles to make the transformer smaller and lighter, and the secondary side of the transformer is DC. It was extremely expensive, inefficient, and had many failures. Therefore, a compact, lightweight and efficient power supply device has been demanded.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

この発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、
全く新規な小型,軽量で効率のよい、3相交流を単相交
流に変換する電源装置を得ることを目的としている。
The present invention has been made in view of such circumstances,
It is an object of the present invention to obtain a completely new compact, lightweight, and efficient power supply device for converting three-phase alternating current into single-phase alternating current.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明に係る電源装置は、3相交流を位相制御して各
相の約120°〜約180°及び約300°〜約360°を各々出力
する位相制御回路と、1次側の3相コイルと2次側の単
相コイルとが鉄心に巻回されており且つ3相コイルには
位相制御回路の各出力が各々入力されている一方、単相
コイルから単相交流を出力する変圧部とを具備してお
り、3相コイルのうちの1相を逆相としたことを特徴と
している。
The power supply device according to the present invention includes a phase control circuit that controls the phase of a three-phase alternating current to output about 120 ° to about 180 ° and about 300 ° to about 360 ° for each phase, and a three-phase coil on the primary side And a secondary-side single-phase coil wound around an iron core, and each output of the phase control circuit is input to the three-phase coil, while a transformer for outputting a single-phase alternating current from the single-phase coil. And one phase of the three-phase coil is reversed.

より好ましくは、前記位相制御回路は、3相交流を位
相制御して第1相の約120°〜約180°及び約300°〜約3
60°を、第2相の約0°〜約360°を、第3相の約60°
〜180°及び約240°〜約360°を各々出力する構成とな
っており、且つ3相コイルのうちの第1相を逆相にする
ことが望ましい。
More preferably, the phase control circuit controls the phase of the three-phase alternating current to provide a first phase of about 120 ° to about 180 ° and about 300 ° to about 3 °.
60 °, about 0 ° to about 360 ° of the second phase, about 60 ° of the third phase
180180 ° and about 240 ° to about 360 °, respectively, and it is desirable that the first phase of the three-phase coil be reversed.

〔作用〕[Action]

3相交流が入力されると、これに基づいて立ち上がり
が急峻な垂下特性を有した単相交流が生成され、これが
出力される。
When the three-phase AC is input, a single-phase AC having a drooping characteristic with a steep rise is generated based on the input, and this is output.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図(a)はこの発明の一実施例による電源装置を
用いたアーク溶接装置を示す。図において、1,2,3は3
相交流電源、4は3相交流電源の供給を各相の所定範囲
のみ行うよう制御する位相制御回路、9は1次側に3つ
の1次コイル5,6,7を、2次側に1つの2次コイル8を
巻回した薄鉄板の積層体からなる鉄芯を有する変圧器、
12はアース、100は上記位相制御回路4及び変圧器9か
らなる電源装置である。また300はアーク溶接を行う溶
接部であり、これは2次コイル8に接続された溶接電極
10と、2次巻線8のアース端12に接続された被溶接材11
とからなり、13はアークである。
FIG. 1A shows an arc welding apparatus using a power supply device according to one embodiment of the present invention. In the figure, 1,2,3 is 3
4 is a phase control circuit for controlling the supply of three-phase AC power to only a predetermined range of each phase. 9 is three primary coils 5, 6, and 7 on the primary side and 1 is on the secondary side. A transformer having an iron core made of a laminated body of thin iron plates around which two secondary coils 8 are wound;
Reference numeral 12 denotes a ground, and 100 denotes a power supply device including the phase control circuit 4 and the transformer 9. Reference numeral 300 denotes a welding portion for performing arc welding, which is a welding electrode connected to the secondary coil 8.
10 and the material to be welded 11 connected to the ground end 12 of the secondary winding 8
And 13 is an arc.

第1図(b)は上記位相制御回路4の詳細を示し、図
中20a,20b,20cはサイリスタ、21は3相交流の各相の正
弦波の零クロス点を検出する零クロス点検出器、22a,22
b,22cは該零クロス点検出器21の出力を受け、各相のサ
イリスタ20a,20b,20cの点弧角を調整する位相調整器で
ある。
FIG. 1 (b) shows the details of the phase control circuit 4, in which 20a, 20b and 20c are thyristors, and 21 is a zero cross point detector for detecting a zero cross point of a sine wave of each phase of three-phase AC. , 22a, 22
b and 22c are phase adjusters which receive the output of the zero cross point detector 21 and adjust the firing angles of the thyristors 20a, 20b and 20c of each phase.

なお、位相制御回路4により制御される位相角は以下
の説明において各相の半波のみを表現することにする。
即ち、各相のa°〜b°の範囲について通電されると表
現した場合、最初の半波のa°〜b°の範囲だけでな
く、後の半波の(180°+a°)〜(180°+b°)の範
囲についても通電されるとして位相角を表現することに
する。
The phase angle controlled by the phase control circuit 4 represents only a half wave of each phase in the following description.
That is, when it is expressed that the current is supplied in the range of a ° to b ° of each phase, not only the range of a ° to b ° of the first half wave but also (180 ° + a °) to (180 °) of the later half wave The phase angle is expressed assuming that power is supplied also in the range of 180 ° + b °).

次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.

3相交流電源1,2,3より変圧器9の3相コイル5,6,7へ
の通電は、位相制御器4によって制御され、第2図
(a)に示すように第1,第2,第3のコイル5,6,7には、
各相の交流正弦波形X,Y,Zの位相角120度〜180度の範囲
(Xについてはcとf,Yについてはbとe,Zについてはa
とd)内においてのみ通電が行われ、それ以外の時間は
各コイルは開放状態である。
The energization of the three-phase coils 5, 6, and 7 of the transformer 9 from the three-phase AC power supplies 1, 2, and 3 is controlled by the phase controller 4, and as shown in FIG. , The third coils 5, 6, 7
The phase angle of the AC sine waveforms X, Y, Z of each phase is in a range of 120 to 180 degrees (c and f for X, b and e for Y, a for Z)
And energization is performed only in d), and each coil is in an open state at other times.

このようにして3相の各イコル5,6,7に順次通電が繰
り返されると、鉄芯内には第2図(b),(c)から分
かるように3倍周波の垂下特性を持った磁束が誘導さ
れ、これにより2次コイル8には同じく第2図(b)に
示すような鋸歯状の3倍周波の電流が誘導されることと
なる。
When energization is sequentially repeated to each of the three phases of the coils 5, 6, and 7 in this manner, the iron core has a triple frequency drooping characteristic as can be seen from FIGS. 2 (b) and 2 (c). A magnetic flux is induced, so that a current having a sawtooth triple frequency as shown in FIG. 2B is induced in the secondary coil 8.

そして、この鋸歯状の3倍周波の電流が溶接部300の
溶接電極10に印加され、被溶接材11との間でアーク13を
発生し、アーク溶接が行われる。この際、以下に述べる
効果が得られる。
Then, the sawtooth triple frequency current is applied to the welding electrode 10 of the welding portion 300 to generate an arc 13 with the material 11 to be welded, thereby performing arc welding. In this case, the following effects can be obtained.

上記のように2次側の単相出力としては、1次側の3
相交流の3倍の周波数、すなわち60サイクルに対し180
サイクルが得られるので溶接速度が従来の3相/単相変
換装置を用いた場合に比べて3倍になる。同じ速度のと
きは溶接のビートが、第3図(a)に示す従来のものに
比し第3図(b)のように3倍細やかになる。このよう
に溶接の品質を向上できる。
As described above, the single-phase output on the secondary side is
3 times the frequency of phase exchange, ie 180 for 60 cycles
Since a cycle is obtained, the welding speed is tripled as compared with the case where a conventional three-phase / single-phase converter is used. At the same speed, the welding beat is three times thinner as shown in FIG. 3 (b) than the conventional one shown in FIG. 3 (a). Thus, the quality of welding can be improved.

従来の3相/単相変換電源装置では、得られる単相出
力は正弦波であるが、本発明により電源出力値には急峻
に高電圧に立上り、これから垂下状に零となる鋸歯状波
が得られるため、アーク溶接時にアークが出やすくかつ
安定したアークが得られる。
In the conventional three-phase / single-phase conversion power supply, the obtained single-phase output is a sine wave. However, according to the present invention, the power supply output value sharply rises to a high voltage and then has a saw-tooth wave which becomes drooping zero. Therefore, an arc can be easily generated during arc welding and a stable arc can be obtained.

すなわち、本電源装置は本質的に垂下特性を持った電
源となっており、溶接には極めて好都合である。
That is, the present power supply device is essentially a power supply having drooping characteristics, which is extremely convenient for welding.

本発明の電源は上述のように垂下特性を備えたもので
あるので、この垂下特性を得るために従来一般に使用さ
れている漏洩磁束型の装置または、第4図に示すような
可飽和リアクトルL等を用いる必要がなく、これに伴う
損失や力率の低下を生ずることがない。
Since the power supply according to the present invention has the drooping characteristic as described above, a leakage flux type device conventionally used generally or a saturable reactor L as shown in FIG. It is not necessary to use such a method, and there is no accompanying loss or reduction of the power factor.

また、得られる周波数が3倍となるので、変圧器が小
型となり、重量が従来の1/3で済み、大変小型軽量とな
る。また構造が簡単で小型軽量となるので、製造コスト
も大幅に低減できる。
Further, since the obtained frequency is tripled, the transformer becomes smaller, the weight is reduced to 1/3 of the conventional one, and the size becomes very small and light. Also, since the structure is simple and small and light, the manufacturing cost can be greatly reduced.

また、従来の装置では無負荷電圧が60V〜100V必要で
あったが、本発明では35V〜55Vで済み、安全であるとと
もに取扱いも簡単で技術の熟練を必要とせず、かつ自動
化も容易である。
In addition, the conventional apparatus required no-load voltage of 60V to 100V, but the present invention requires only 35V to 55V. .

1相の交流正弦波形の点弧角を120度を中心に前後に
適当に調整することにより、アークの強さを大きく調整
することができる。
By appropriately adjusting the firing angle of the one-phase AC sinusoidal waveform back and forth around 120 degrees, the arc intensity can be greatly adjusted.

つまり、調整範囲に従来に比べて広くすることがで
き、コンピュータによる自動制御を行うことによって従
来不可能であった領域の溶接を可能にし、かつ溶接安定
性を得ることができる。
That is, the adjustment range can be made wider than in the past, and by performing automatic control by a computer, it is possible to weld in a region that was impossible in the past, and it is possible to obtain welding stability.

また、小型軽量でかつアークが安定しているので、こ
れをロボットに搭載することにより大型厚板のアーク溶
接を行うことができる。すなわち、同じ重量で従来の3
倍の溶接能力を発揮できる。
Also, since the arc is small and lightweight and the arc is stable, it can be mounted on a robot to perform arc welding of a large thick plate. That is, with the same weight,
Double welding ability can be demonstrated.

次にこの発明の他の実施例について説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described.

第5図(a)はこの発明の第2の実施例による電源装
置を示し、この実施例は上記第1の実施例において第3
相を逆相にしたものである。この実施例においては上記
第1の実施例と同じく3相を約120°〜約180°間で点弧
すると、得られる波形は第5図(b)のような波形とな
り、一周期において+側に3個の鋸歯状波が、−側に3
個の鋸歯状波が得られることとなる。つまり3相60サイ
クルの電源入力に対し、単相60サイクルでありながら1
秒間に360個の鋸歯状波が得られることとなる。
FIG. 5 (a) shows a power supply device according to a second embodiment of the present invention, which is the third embodiment of the present invention.
The phase is reversed. In this embodiment, when the three phases are ignited between about 120 ° and about 180 °, as in the first embodiment, the resulting waveform is as shown in FIG. 5 (b). Three sawtooth waves on the negative side
Thus, sawtooth waves are obtained. In other words, for a three-phase 60-cycle power input, 1
360 sawtooth waves are obtained per second.

このように1組のみを逆相として3相の各々を約120
°〜約180°で位相制御すれば、2次側に上記のような6
0サイクルの鋸歯状波が得られるので、これをスポット
溶接または鍛造成形用加熱電源等に使用すれば、180サ
イクルの鋸歯状波よりもリアクタンス損失が少なく、そ
れだけ加熱エネルギーが増大することとなって有利とな
る。具体的には、懐の深い溶接,つまり変圧部からかな
り離れた位置での溶接が可能となる。
Thus, only one set is reversed and each of the three phases is approximately 120
If phase control is performed at about 180 ° to about 180 °, 6
Since a 0-cycle sawtooth wave is obtained, if this is used for a heating power supply for spot welding or forging, the reactance loss is smaller than that of a 180-cycle sawtooth wave, and the heating energy will increase accordingly. This is advantageous. Specifically, deep welding, that is, welding at a position far away from the transformer section is possible.

第6図(a)はこの発明の第3の実施例を示し、これ
は第2の実施例のように3相を逆相にするとともに、1
相を約120°〜約180°、2相を約0°〜約180°、3相
を約60°〜約180°で点弧するようにしたものであり、
この場合は第6図(b)のように、大きな波高の60サイ
クルの鋸歯状波が得られ、スポット溶接にはさらに有利
となる。
FIG. 6 (a) shows a third embodiment of the present invention. As shown in FIG.
The phase is about 120 ° to about 180 °, the two phases are about 0 ° to about 180 °, and the three phases are about 60 ° to about 180 °,
In this case, as shown in FIG. 6B, a 60-cycle sawtooth wave having a large wave height is obtained, which is more advantageous for spot welding.

第7図(a)はこの発明の第4の実施例を示し、この
実施例は第1の実施例において、位相制御回路4を、第
3相を常に開放とし、第1相及び第2相を約120°〜約1
80°間で点弧するよう構成したものである。この場合第
7図(b)のように、一周期において+側及び−側にそ
れぞれ、所定間隔を置いて2個の鋸歯状波が得られ、つ
まり+側及び−側に中休み期間を持つ波形が得られ、鋳
物等、急激に温度上昇を行ってはならないものの溶接に
便利である。
FIG. 7 (a) shows a fourth embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the phase control circuit 4 is configured such that the third phase is always open and the first and second phases are opened. About 120 ° to about 1
It is designed to fire between 80 °. In this case, as shown in FIG. 7 (b), two sawtooth waves are obtained at predetermined intervals on the + side and the-side, respectively, in one cycle, that is, there is a middle rest period on the + side and the-side. A corrugation is obtained, and it is convenient for welding, although the temperature should not be rapidly increased, such as in a casting.

なお、この第4の実施例では、位相制御回路を第1相
及び第2相のみ点弧するよう構成したが、その代わりに
変圧器を1次側に第1相と第2相の2つのコイルのみ有
する構成としてもよい。
In the fourth embodiment, the phase control circuit is configured to fire only the first phase and the second phase. Instead, a transformer is provided on the primary side for the two phases, the first phase and the second phase. It is good also as composition which has only a coil.

また、1次及び2次コイルの数は、上記各実施例で示
したものに限定されず、それらの倍数にしてもよい。
Further, the number of primary and secondary coils is not limited to those shown in the above embodiments, but may be a multiple thereof.

また上記説明では、各相の点弧開始時期が約120°
で、溶接電流波形の鋸歯状波が第2図(b)のような形
状である場合を示したが、点弧開始時期を100°程度に
すれば、立ち上がり位置がより前方となり、かつ立上り
波形の上端頭部が丸みを帯びた鋸歯状波が得られ、溶接
の用途によってはこのような波形の溶接電流が有効であ
る。
In the above description, the ignition start timing of each phase is about 120 °.
Thus, the case where the saw-tooth wave of the welding current waveform has a shape as shown in FIG. 2 (b) is shown. A sawtooth wave having a rounded upper end head is obtained, and a welding current having such a waveform is effective depending on the application of welding.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上、本発明に係る電源装置による場合、1次側に3
相コイル、2次側に単相コイルを有した変圧部と、この
前段に設けられた位相制御回路だけで、3相交流が入力
されると、これに基づいて立ち上がりが急峻な垂下特性
を有した単相交流を生成する構成となっているので、小
型・軽量化とともに高効率化を図ることができる。
As described above, in the case of the power supply device according to the present invention, 3
A phase transformer having a single-phase coil on the secondary side and a phase control circuit provided in the preceding stage alone has a drooping characteristic with a steep rise when a three-phase alternating current is input. Since the configuration is such that a single-phase alternating current is generated, it is possible to reduce the size and weight and to increase the efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例によるアーク溶接機に用い
た電源装置を示す図、第2図は該電源装置の出力波形を
説明する図、第3図は該アーク溶接機の動作を説明する
図、第4図は従来の可飽和リアクトルを用いたアーク溶
接機を示す図、第5図はこの発明の第2の実施例による
電源装置を示す図、第6図はこの発明の第3の実施例に
よる電源装置を示す図、第7図はこの発明の第4の実施
例による電源装置を示す図である。 図において、1,2,3は3相交流電源端子、5,6,7は1次コ
イル、8は2次コイル、9は変圧器、10は溶接電極、11
は被溶接材、12はアース、13はアーク、100は電源装
置、300は溶接部である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a diagram showing a power supply device used in an arc welding machine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram illustrating an output waveform of the power supply device, and FIG. 3 is a diagram illustrating an operation of the arc welding machine. FIG. 4, FIG. 4 is a diagram showing a conventional arc welding machine using a saturable reactor, FIG. 5 is a diagram showing a power supply device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 7 is a diagram showing a power supply device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing a power supply device according to a fourth embodiment of the present invention. In the figure, 1, 2 and 3 are three-phase AC power supply terminals, 5, 6, and 7 are primary coils, 8 is a secondary coil, 9 is a transformer, 10 is a welding electrode, 11
Is a material to be welded, 12 is a ground, 13 is an arc, 100 is a power supply device, and 300 is a welded portion. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】3相交流を位相制御して各相の約120°〜
約180°及び約300°〜約360°を各々出力する位相制御
回路と、1次側の3相コイルと2次側の単相コイルとが
鉄心に巻回されており且つ3相コイルには位相制御回路
の各出力が各々入力されている一方、単相コイルから単
相交流を出力する変圧部とを具備しており、3相コイル
のうちの1相を逆相としたことを特徴とする電源装置。
1. The phase control of a three-phase alternating current is performed so that each phase is controlled to about 120 ° or more.
A phase control circuit that outputs about 180 ° and about 300 ° to about 360 ° respectively, a primary three-phase coil and a secondary single-phase coil are wound around an iron core, and the three-phase coil has A transformer for outputting a single-phase alternating current from a single-phase coil while each output of the phase control circuit is input, wherein one phase of the three-phase coils is reversed in phase. Power supply.
【請求項2】前記位相制御回路は、3相交流を位相制御
して第1相の約120°〜約180°及び約300°〜約360°
を、第2相の約0°〜約360°を、第3相の約60°〜180
°及び約240°〜約360°を各々出力する構成となってお
り、且つ3相コイルのうちの第1相を逆相にしたことを
特徴とする請求項1記載の電源装置。
2. The phase control circuit according to claim 1, wherein said phase control circuit controls the phase of the three-phase alternating current by controlling the phase of the first phase from about 120 ° to about 180 ° and from about 300 ° to about 360 °.
From about 0 ° to about 360 ° of the second phase and from about 60 ° to 180 ° of the third phase.
2. The power supply device according to claim 1, wherein each of the three-phase coils is configured to output an angle of about 240 ° to about 360 °, and the first phase of the three-phase coil is reversed.
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